CN1896717A - 测量液体密度的仪表和方法 - Google Patents

Abstract

测量液体系统中液体密度的仪表具有一个环绕振动管周围的包皮，该包皮和振动管生成一个充填有固定量液体的共振腔。压力补偿部件具有一个外壳，其中配置有第一和第二压力敏感表面。第一压力敏感表面能使液体与共振腔保持联系，第二压力敏感表面能使液体与外壳保持联系。一个通道延伸至振动管内部与外壳内面之间，以便振动管对第二表面施加压力。第二表面上的压力可通过部件传递到共振腔，用以补偿振动管的压力变化。一种用来补偿密度计中管路压力变化的方法，该密度计具有振动管来检测密度。在振动管周围生成的共振腔中充填有固定量的液体，第一压力敏感表面能使液体与共振腔保持联系，第二压力敏感表面能使液体与振动管保持联系。第二表面上的压力可传递到共振腔，用以补偿振动管的压力变化。

Description

测量液体密度的仪表和方法

技术领域

本发明涉及液体密度的测量仪表和方法。

技术背景

测量液体密度的仪表称之谓密度计。密度计应用于化学过程、管道、食品加工和其它类似的应用中。

一种密度计可以测量振动的、载有液体的管道的谐振频率，该管道的谐振频率取决于流经管道的液体的密度。然而，谐振频率还同时取决于管道上压力诱发的应力，它会导致测量的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量液体密度的仪表和方法，可用于测量流动液体的密度，也可用来测量静态液体的密度，操作简单，测量误差小，准确率高，应用广泛。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种用于测量液体系统中液体密度的仪表。特点是，包皮环绕着振动的管道，包皮与管道之间形成一个充填有固定量液体的共振腔。压力补偿部件具有一个拥有第一和第二压力敏感表面的外壳，第一表面使液体与共振腔保持联系，而第二表面使液体与外壳保持联系。延伸至管道内部与外壳内部之间的通道可使管道对第二表面施加压力，第二表面上所受的压力可通过补偿管路压力变化的部件传递到共振腔。

本发明另一方面提供一种补偿密度计中管路压力变化的方法，该密度计具有振动管来检测密度。固定量液体充填在管道周围生成的共振腔内，第一压力敏感表面使液体与共振腔保持联系，第二表面使液体与管道保持联系。这样，第二表面上的压力可传递到共振腔，用来补偿管路压力变化。

本发明提供的一种测量液体密度的仪表和方法，可用于测量流动液体的密度，也可用来测量静态液体的密度，操作简单，测量误差小，准确率高，应用广泛。

附图说明

附图举例说明了用来实施本发明的最佳实施例的特点，在这些附图中：

图1是振动管密度计的方框简图；

图2A到图2D分别是体现本发明原理的振动管密度计的顶部视图、侧面视图、背部视图和透视图；

图3A到图3C分别是图2A到图2D密度计的侧面截面图、截面图和放大的截面图；

图4到图7呈现了本发明的其它实施例。

具体实施方式

在图1中，传动器10和传感器12安装在振动管14的外壁上。振动管14安装在一个诸如化学厂、提炼厂或食品加工厂的流动液体系统中(图中未画出)，它可以直接安装在液体系统上，这样所有的液体均流经它，或作为一个探测器，以在美国专利第5,974,858号所示的方式进行安装(该专利于1999年11月2日发布，其公开的专利引用在此作为参考)。传感器12的输出通过放大器11与也包括一个延迟16的反馈环路的传动器10耦连。传动器10和传感器12通常是压电或磁性装置，凭借从传感器12到传动器10的反馈环路，振动管14在其谐振频率或其谐波振动。放大器11为这种震动提供动力，传感器12输出到传动器10输入的相移部分取决于传动器10和传感器12的相对圆周定位。振动方式，如轴向或径向振动则取决于反馈环路确定的条件，例如传动器10和传感器12的相对定位。如果振动管14的直径较大(比如大于1英寸)，此时径向的谐振频率用来测量密度，否则振动管14必定会因太长而不能维持1500到4500Hz的谐振频率。在这种情况下，如果振动管14的直径较小(比如1英寸或更小)，轴向的谐振频率用来测量密度，否则振动管14必定太长，因典型的谐振频率位于1000到1500Hz的范围。所述的元件与电振动器类似，振动管14的质量和弹簧常数与该振动器的谐振电路类似。延迟16是设计用来产生正反馈，它代表了因振动管14周边的传动器10和传感器12相对定位产生的滞后和/或反馈环路的电延迟。正如现有技术所示，振动管14的谐振频率取决于该管的质量、弹簧常数、流经振动管14的液体的密度和振动管14内液体的温度。正如虚线21所示，温度传感器18对振动管14的温度做出反应，而振动管14的温度代表其内部的液体的温度。传感器18可以是非定做的电阻性温度装置，能与温度呈线性关系改变电阻的大小，其输出代表了在选定方式下振动管14，包括其内部液体的谐振频率或其谐波。外部温度传感器18的输出与一个微处理机22的输入耦连，该处理机通过编程可以计算振动管14内含液体的密度，计算的密度可从显示器24读出。

或者，本发明也可用来测量静态液体，如非流动液体或液体系统中液体在科里奥利表中的流速的密度。

图2A到图2D更详细地描述了密度计。包皮26环绕振动管14(图中未画出)，外壳28与包皮26的外部相连，比如通过焊接连接起来。包皮26、振动管14和外壳28可通过焊接连接起来，以便与法兰30和32连接。

在3A到图3C中，振动管14与诸如化工厂、管道线路或食品加工厂中的液体系统相连。待测定密度的液体流经振动管14，包皮26环绕在振动管14周围。通常，包皮26的壁要比振动管14的管壁厚，因此它不会因振动管14的压力变化而出现明显的膨胀和收缩，包皮26和振动管14在其两者之间形成一个共振腔36。图1所示的电子设备，即声传动器、振动传感器、放大器和延迟线路均位于共振腔36，外壳28装置在压力补偿部件38周围，压力补偿部件38具有一个能使液体与共振腔36保持联系的室。在本实施例中，压力补偿部件38呈空心弹性圆柱形态，圆柱的内面用作第一压力敏感表面，其外部则用作第二压力敏感表面。共振腔36和室40充填有固定数量的、最好是相对而言不可压缩且不导电的液体，以便保护这些电子设备。这种液体还可以具有其它一些特性，例如根据液体系统的性质在化学上的惰性。因此，室40的压力与振动管14内部的压力相同，且振动管14的压力对第一表面有影响。法兰32上生成的通道42将振动管14的内部与外壳28的内面相连。因此，外壳28内面的压力与振动管14内部的压力相同，且振动管14的压力对第二表面有影响。

正如图3B和图3C所清晰地显示的那样，在该实施例中，外壳28有一部分周边被去掉以方便焊接时将包皮26连接起来，部件38是轴向对准外壳28的导管，外壳28由弹性材料，如具有足够硬度能在水平方向支撑其自己的氯丁橡胶制成。部件38的第一表面可用参考号44查找，部件28的第二表面可用参考号46查找。部件38提供了一个弹性屏障，可将正在测定密度的液体与共振腔36和室40中的液体分隔开来。因此，这些液体可以是不同的液体。如此以来，就可以使用即使是待测定密度的液体对其有损害作用也没有关系的电子设备。如果这种损害作用不再构成问题，外壳28、部件38和通道42便可剔除，包皮26的内部便可对振动管14中的液流敞开。这样，包皮26中的液体将能补偿振动管14中的压力变化。

操作时，当振动管14中的压力上升时，外壳28内的压力也上升。结果，振动管14内压力的增加对第一表面44产生影响，并由此传递到第二表面46上，从而使共振腔36的压力升高，补偿振动管14中的压力上升，释放振动管14壁上的应力。

同样，当振动管14中的压力下降时，外壳28内的压力也下降。结果，振动管14内压力的减小对第一表面44产生影响，并由此传递到第二表面46上，从而使共振腔36的压力减小，补偿振动管14中的压力下降，释放振动管14壁上的应力。

包皮26和外壳28是振动管14的弹性体系统的组成部分。由于它们的弹簧常数恒定不变，其对谐振频率的作用是可以校准的。

总起来说，所述的压力补偿部件可以改变共振腔36的压力以适应振动管14中的压力变化。

图4是一个实施例的侧视图，图5则是该实施例的侧面剖视图。在该实施例中，压力补偿部件38是一个如图6所示可换置的、在管52中移动的活塞50。管52的一端54通过接头58与振动管14的内部连接，从而使活塞对应的一端暴露于振动管14的压力下，因此该压力可传递到振动管14的内表面。管52的另一端56通过接头60与振动管14和包皮26之间的间隙相连，从而使活塞50对应的一端暴露于振动管14周围的压力下，因此该压力可传递到振动管14的外表面，补偿振动管14两端的压力，使振动管14的谐振频率保持不变。

图7显示的是另一个实施例。在这个实施例中，压力补偿部件38是一个装置在振动管14内部的软管62。软管62放置在液体系统中待测定液体流经的通道上，其一端64通过接头66直接与流动的液体系统连接，其另一端68由星型接头70或类似部件支撑使该端与振动管14成一直线，并使待测量液体与振动管14和软管62之间的间隙保持联系。这样，可以使施加在振动管14两端的压力相同，并保持振动管14的谐振频率不变。

所述的本发明实施例是一个认为较好的实施例，足以能说明本发明的原理。然而，本发明的范围则决不是仅局限于这一实施例。熟悉本技术领域的人员只要不偏离本发明的精神和范围，便可设计出多种多样的其它安排。例如，本发明可采用拥有两个压力敏感表面，如活塞、膜或薄壁风箱的类似装置实施。另外，尽管压力补偿部件，如外壳28和室40能极方便地在物理上连接到振动管14上，它也可以独立存在，或连接到另一个设备上，或通过一个流体线与包皮26相连，或通过另一个流体线与共振腔36相连。此外，本发明还可以用于测量静态液体的密度计中。

Claims (11)

1、一种测量液体密度的仪表，其特征在于，包括：

一个配置在液体系统中的管道；

使管道振动的装置；

一个环绕管道的包皮，所述包皮与管道之间形成一个共振腔；

一种固定量的液体，用来充填共振腔；

一个外壳；

一个位于外壳上的压力补偿部件，所述压力补偿部件具有一个使液体与共振腔保持联系的第一压力敏感表面和与外壳内部保持联系的第二压力敏感表面；和

一个延伸到管道内部与外壳内面之间的通道。

2、根据权利要求1所述的测量液体密度的仪表，其特征在于，所述的管道具有一个比包皮更薄的管壁。

3、根据权利要求2所述的测量液体密度的仪表，其特征在于，所述的外壳与所述包皮的外部相连。

4、根据权利要求3所述的测量液体密度的仪表，其特征在于，所述的外壳和压力补偿部件平行地向所述包皮的长度方向延展。

5、根据权利要求4所述的测量液体密度的仪表，其特征在于，所述的外壳是圆柱形，所述的压力补偿部件轴向对准外壳的弹性导管，所述的第一表面是压力补偿部件的内表面，所述第二表面是压力补偿部件的外表面。

6、根据权利要求5所述的测量液体密度的仪表，其特征在于，所述的外壳和压力补偿部件是水平方向排列，且所述的压力补偿部件具有足够的硬度支撑其自己。

7、根据权利要求5所述的测量液体密度的仪表，其特征在于，所述的管道在其两端具有连接法兰，所述的包皮和外壳连接在法兰上，所述的导管生成在其中一个连接法兰上。

8、根据权利要求6所述的测量液体密度的仪表，其特征在于，所述的液体是不可压缩的。

9、根据权利要求6所述的测量液体密度的仪表，其特征在于，所述的液体在化学上是惰性的。

10、根据权利要求6所述的测量液体密度的仪表，其特征在于，所述的液体在电学上是不导电的。

11、一种补偿密度计中管路压力变化的方法，该密度计具有振动管来检测密度；其特征在于，所述的方法包括：

在管道周围形成一个共振腔；

生成一个室；

在所述的室内形成一个可变的压力依赖容量；

使所述的容量受所述共振腔的作用，以便所述的容量能反映所述共振腔中的压力；和

使所述的室受所述管道的作用，以便所述的室能反映所述管道中的压力。

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